Informe de Aforo de Canales

 

 

UNIVERSIDAD AUTONOMO JUAN MISAEL SARACHO

Facultad de ciencias y tecnologías Ingeniería civil departamento hidráulicas y sanitarias Hidráulica IIdey obras laboratorio

TITULO: AFORO DE CANALES INTEGRANTES: Janco Torrejón Paul Marcelo Ortega Ovando Berman Tárraga Yave Cristian

DOCENTE ING. LOZANO VELÁSQUEZ MOISÉS

TARIJA - BOLIVIA 2019

 

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RESUMEN El siguiente informe realizado cuyo práctica consiste en aforos en canales tiene por fin que el estudiante adquiera conocimientos en cuanto a su aplicación en el medio de la ingeniería civil, como de su realización de la misma en la hidráulica y en la hidrología ya que es muy útil y determina la velocidad de manera directa. También el estudiante podrá aplicar sus criterios de cómo es su funcionamiento y para que se lo realiza la misma en el laboratorio y para así poder comprender de cómo influye esto en la actualidad. Verificar si los caudales tanto el teórico como el experimental sean iguales. Una clasificación de los métodos de aforo es aquella que los divide en: Métodos directos y Métodos indirectos. El que vamos a usar en esta práctica es el método indirecto. Los métodos indirectos o de área de velocidad, son aquellos que se basan en la medición de la distribución de la velocidad en la sección transversal, para posteriormente de acuerdo con el principio de continuidad, calcular el gasto que ha circulado por la sección en estudio. Para la determinación de la velocidad se pueden utilizar: Molinetes, flotadores, tubos de  pitot, productos químico, etc.

 

 

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INDICE  INDICE  AFORO DE CANALES .................................................. ...................................................... .... 1.

OBJETIVOS DE LA PRÁCTICA .............................. 1.1. 1.1.

2.

General .................................................... .................................................................. .............. 1Específicos .......................................................... ...................................................... ....

MARCO TEÓRICO TEÓRICO………………………………... ………………………………...|| 2.1 Métodos del d el flotador……………………………. flotador…………………………….   2.2 Cálculo de la velocidad…………………….  velocidad…………………….  2.3 Calculo del Caudal………………………………………. 

2.4 Método de Aforo con molinete……………….  molinete……………….  2.5 Método del Vertedero………………………..  2.6 Velocidad media…………………………… media……………………………   3. APARATOS, INSTRUMENTOS Y MATERIALES UTILIZADOS ..................................................................... 4.

PROCEDIMIENTO DE LA PRÁCTICA ...................

5.

HOJA DE LEVANTAMIENTO DE DATOS ............

6.

CÁLCULOS ................................................................ .................................................. .............. 6.1 Desarrollo de Cálculos ............................................... 6.2 Gráficas ............................................... ...................................................................... ....................... 6.3 TABLAS DE RESULTADOS ..................................

7.- ANÁLISIS DE RESULTADOS .................................... 7.1. Interpretación de resultados y gráficas ..................... 8.- CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES……….  RECOMENDACIONES……….  8.1 CONCLUSIONES…………………………………… CONCLUSIONES……………………………………   8.2 RECOMENDACIONES………………………………………………………. 

9.- BIBLIOGRAFÍA ............................................. ........................................................... ..............

 

 

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AFORO DE CANALES 1 

OBJETIVOS DE LA PRACTICA 1.1 Objetivo general.   

Estudiar y compreder el metodo de Area velocidad para el calculo de caudales en una seccion determinada de un canal, utilizando el molinete Hidraulico y flotadores.

 

Hallar las velocidades del flujo de agua a distintas profundidades en sentido vertical a largo de la sección transversal de un canal y dibujar la sección transversal de velocidades  Determinar la velocidad media y el caudal que fluye en esta sección transversal.  Conocer y analizar la distribución de velocidades en la sección transversal aforada de un canal rectangular  

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Marco Teórico.

La medición de los gastos con una adecuada precisión tiene una gran importancia desde el  punto de vista técnico y económico. La necesidad de conocer el gasto que circula por una conducción libre ha ocasionado la creación y desarrollo de una cantidad de buenos métodos para ese fin. Algunos de ellos requieren obras especiales, otros se basan en el uso de aparatos con alta tecnología y también se cuenta con un gran grupo que son muy simples y sencillos. Una clasificación de los métodos de aforo es aquella que los divide en: métodos directos e indirectos.  

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Los métodos directos o de área de velocidad, son s on aquellos que se basan en la medición de la distribución de la velocidad en la sección transversal, para posteriormente de acuerdo con el principio de continuidad, calcular el gasto que ha circulado por la sección en estudio. Para la determinación de d e la velocidad se puede utilizar: molinetes, flotadores, tubos Pitot, productos químicos, radiactivos, etc.

 

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Los métodos directos son aquellos que utilizan un instrumento u obra calibrada, para con el auxilio de ella determinar de forma inmediata el gasto que circula. Las

 

 

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variantes de este método son: el volumétrico, el gravimétrico, las canaletas calibradas, los vertedores, las obras hidrométricas, las obras reguladoras, las secciones de control, etc. En la presente práctica se realizará el estudio del método área de velocidad, con la utilización de un micro molinete como instrumento para la medición de la velocidad.

2.1 Métodos del flotador Este método de aforo con flotadores se utiliza generalmente cuando no se dispone de un molinete o correntómetro, o cuando se producen excesivas velocidades en el cauce, con los consiguientes peligros para las personas operadoras y para los equipos. La metodología consiste en: - Seleccionar un tramo recto del cauce entre 15 y 20 metros de longitud. - Determinar el ancho del cauce y las profundidades de éste en tres partes diferentes de la sección mojada transversal. - Calcular el área de la sección transversal. Para ello se emplea la expresión: A = B x H, Donde : a, b, c son las profundidades del cauce. B = ancho del cauce. A = área buscada. H = altura promedio de (a + b + c)/3.

2.2 Cálculo de la velocidad Para medir la velocidad en cauces naturales pequeños, se escoge un tramo recto del curso de agua y de alrededor de 5 a 10 m; se deja caer el flotador al inicio del tramo que está debidamente señalizado y situado en el centro del curso del agua en lo posible y se toma el tiempo inicial t1; luego se toma el tiempo final t2, cuando el flotador alcanza el extremo final del tramo que también se halla debidamente marcado; y sabiendo la distancia

 

 

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recorrida y el tiempo que el flotador demora en alcanzar el extremo final del tramo, se calcula la velocidad del curso de agua según la siguiente fórmula: v = (L/T) • k (velocidad), siendo:  siendo:   L = Longitud del tramo (aproximadamente 10 m.). T = Tiempo de recorrido del flotador entre dos puntos del tramo L (segundos) = t2  –  t1.  t1. k = relación existente entre la velocidad media de la sección y la superficial, para este tipo de cauces.

2.3 Calculo del Caudal De la misma manera, se lleva a cabo la determinación del gasto hidráulico mediante la expresión clásica: Q = A x v, Cuyos parámetros resultan bien conocidos.

2.4 Método de Aforo con molinete. El molinete consiste esencialmente de dos partes que son: una hélice de aspas o copas, que el agua en movimiento hace girar y un mecanismo que permite contar el número de vueltas que da la hélice a intervalos de tiempo definido (lámina)

 

 

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En este método, la velocidad del agua se mide por medio de un instrumento llamado “correntómetro” que mide la velocidad en un punto dado de la masa de agua. Un tipo bien conocido es el denominado “molinete de Woltmann”.  Woltmann”.  Existen varios tipos de correntómetros, siendo los más empleados los de hélice de los cuales hay de varios tamaños; cuanto más grandes sean los caudales o más altas sean las velocidades, mayor debe ser también el tamaño del aparato. Cada correntómetro debe tener un certificado de calibración en el que figura la fórmula necesaria para calcular la velocidad del agua sabiendo el número de vueltas o revoluciones de la hélice por segundo. Estos correntómetros se calibran en laboratorios de hidráulica; una fórmula de calibración, como la empleada en nuestro estudio, es la siguiente: v=an+b Donde: v es la velocidad del agua, expresada en m/s. n es él número de vueltas de la hélice por segundo. a es el paso real de la hélice en metros.  b es la llamada velocidad de frotamiento en m/s. Como el correntómetro mide la velocidad en un punto determinado, para obtener la velocidad media de un curso de agua se debe, en ciertos casos, medir la velocidad en dos, tres o más puntos, a diversas profundidades a lo largo de una vertical y a partir de la superficie del agua.

 

 

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Las profundidades en las cuales se miden las velocidades con el correntómetro se hallan en función de la altura del tirante de agua d, siguiendo los parámetros establecidos en la siguiente tabla: Tirante de agua (d) Profundidad de lectura del correntómetro Cm Cm < 15 d / 2 15 < d < 45 0,6 • d  d  > 45 0,2 • d y 0,8 • d  d  0,2 • d, 0,6 • d y 0,8 • d  d  En general, la velocidad media a lo largo de un tirante se determina tomando la media de las las velocidades a 0’2 y 0’8 del tirante, según las recomendaciones del Departamento de Investigaciones Geológicas de los Estados Unidos, esto es, aplicando la fórmula: V (Velocidad a 0’2 del tirante + Velocidad a 0’8 del tirante).  tirante).   Conocidas ya las profundidades de lectura, se calcula el área de la sección transversal mojada, que se utilizará para el cálculo del caudal. Así, como siempre: Q = v x A, Donde: v = velocidad determinada con el correntómetro o molinete. A = Área de la sección mojada transversal correspondiente. La distribución de velocidades en una corriente libre resulta muy importante cuando se desea determinar el caudal usando un medidor de velocidad, que es un instrumento construido de tal manera que la velocidad angular de su elemento giratorio (hélice o sistema de álabes) es proporcional a la velocidad de la corriente. Un ejemplo característico es el del molinete de Woltmann, anteriormente citado. Mediante un circuito eléctrico, los valores de la velocidad son registrados en un cuentarrevoluciones. Las isotacas -curvas similares a las de nivel en topografía- que unen los puntos de igual velocidad en una sección transversal, suelen obtenerse por interpolación a partir de las medidas puntuales realizadas con el medidor de velocidad.

 

 

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2.5 Método del Vertedero El vertedero es un dique o pared que presenta una escotadura de forma regular, a través de la cual fluye una corriente líquida.

Si el vertedero está limitado lateralmente, como ocurre, por ejemplo, cuando es un simple recorte rectangular en una pared vertical, la lámina vertiente experimenta una contracción lateral que da por resultado un menor caudal por unidad de longitud de la cresta del vertedero, debido a que la longitud efectiva de la cresta se disminuye. Según Francis, esta disminución es igual a (N/10)h, donde N es el número de contracciones contra cciones laterales que presenta el vertedero. Abierta la válvula de regulación de caudales, el agua circula por el canal de aproximación  para fluir, primero, a través del vertedero a calibrar y, luego, a través del vertedero de Bacín. Al establecerse continuidad en el sistema, los caudales descargados por los dos vertederos, serán iguales. Se aclara que, alternativamente, los caudales medidos con el vertedero de Bazin podrían sustituirse por los caudales registrados por el medidor electromagnético de caudales, a fin de garantizar mayor precisión.Para cada abertura de la válvula, se miden simultáneamente las cargas, h, correspondientes a los vertederos, como la diferencia entre el nivel de la superficie libre del agua y el nivel de la cresta, registrados por los limnímetros, una vez se haya estabilizado el flujo

2.6 Velocidad media Es esta la velocidad con la que se trabaja en el estudio de la hidráulica Desde el punto de vista de la hidráulica el ingeniero civil está en la obligación de buscar alternativas para el cálculo de las propiedades de flujo en un afluente, por ello se analizó y

 

 

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estudió la relación entre la velocidad media y la velocidad superficial y de esta manera se estableció una metodología más simple y económica que permite calcular el caudal en corrientes, considerando las variables del cauce para obtener resultados más exactos que  puedan ser aplicados por los investigadores en un futuro

3APARATOS, INSTRUMENTOS Y MATERIALES UTILIZADOS Se emplearon los siguientes materiales: ●  Molinete Hidráulico Es un instrumento que posee un sensor de flujo el cual posee una alta exactitud para la medición de la velocidad del flujo con mayor exactitud en un gran número de diferentes situaciones.

GRÁFICO 1: “Molinete hidráulico de laboratorio”  laboratorio” 

●  Cronómetro 

 

 

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Es una variante del reloj tradicional. Su función es medir el tiempo pero con una  precisión mayor que la del reloj. Tanto uno como otro pueden estar en un mismo dispositivo, pero mientras el reloj permite saber en qué momento del día nos encontramos, el cronómetro tiene la función de medir el tiempo con exactitud

GRÁFICO 2: “Cronómetro manual para medir el tiempo con mayor exactitud”  exactitud”   ●  Flexómetro Es un instrumento de medición, su flexibilidad y el poco espacio que ocupan lo hacen más interesantes que otros sistemas de medición son de gran utilidad, su error es de 1 cm.

GRÁFICO 3: “Flexómetro o metro para tomar mediciones”  mediciones”   ●  Canal Rehbock

 

 

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Es aquel que tiene una sección transversal definida.

GRÁFICO 4: “Canal Rehbock utilizado en laboratorio”  laboratorio”  

4  PROCEDIMIENTO DE LA PRÁCTICA La práctica de laboratorio de aforos de corrientes, se lo realizó siguiendo el método área velocidad que se debe realizar en el canal Rehbock,el vertedero calibrado que se encuentra instalado a la entrada del canal , que permitirá comprobar los resultados obtenidos. Los pasos para la realización de la práctica de laboratorio son los siguientes:   

Como primer paso se procedió a medir el ancho del fondo del canal (b).

 

Seguidamente procedimos a poner el molinete en el soporte exclusivo del

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canal Rehbock del laboratorio.  

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Después se alineó la hélice a los 90º con la varilla metálica la cual iba a dirección del flujo.

 

 

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Luego comenzamos a medir la sección del canal en 5 partes iguales, la cual tomamos distancias de 10 cm, 20 cm, 30 cm, 44 cm y finalmente 50 cm respectivamente para cada medición de la vertical.

 

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Se fijó un caudal de circulación considerable, este caudal se regula con las 5 válvulas colocadas en la entrada.

 

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Anotamos los datos de la lectura inicial en la mira mecanica (Li) esta se encontraba en la mira mecánica colocada en el vertedero la cual debía estar ala altura de la cresta y la lectura final (Lf) es la superficie del agua sobre el vertedero, y la carga obtenida es la diferencia de ( Lf-Li). Y para la

 

 

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obtención del caudal que circula por el canal se la calcula con la ecuación del vertedero.

 

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Adquirimos los valores de 0.2y, 0.6y, 0,8 y que son las mismas  profundidades correspondientes correspond ientes a las cuales se debe introducir el molinete en cada sección.

Con un caudal circulando por el canal Rehbock procedimos a medir las velocidades en cada uno de los 5 puntos escogidos por los estudiantes para cada vertical correspondiente del tirante de agua, posteriormente registramos los valores en la hoja de levantamientos de datos.  

5-.HOJAS DE LEVANTAMIENTOS DE DATOS

 

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6. CALCULOS 6.1 DESARROLLO DE LOS CALCULOS

6. CALCULOS 6.1 DESARROLLO DE LOS CALCULOS

CÁLCULO DE LA VMEDIA EN CADA UNA DE LAS VERTICALES UTILIZANDO LAS SIGUIENTES ECUACIONES.Ecuación 2) =  =  =  =  =  =

.+∗.+.

.+∗.+.

= 0.

.+∗.+.  .+∗.+. 

 

 



= 0.08 0.088 8





4

= . . 



.+∗.+.

.  2 ∗ .   . 



 

 

 



=0.088 

=0.095 



 

 

 

Ecuación 3)  3)  =  = 0, 0,09 090 0  0. 0.09 090 0 = 0, 0,09 090 0   2   0, 0,08 080 0  0. 0.09 090 0 = 0.08 0.085 5    =  2  0, 0,07 070 0  0. 0.10 100 0 = 0, 0,08 085 5    =  2  0, 0,08 080 0  0. 0.09 090 0 = 0, 0,08 085 5    =  2  0, 0,09 090 0  0. 0.09 090 0 = 0, 0,09 090 0    =  2

.   .  2

 

 

 

 

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3)   Ecuación 3)  = .     = 0, 0,10 100 0  = 0. 0.09 090 0

   

   

 = 0. 0.0 080      = 0, 0,09 090 0      = 0, 0,10 100 0   

GASTO ELEMENTAL EN CADA VERTICAL.Las sub secciones se las representa con los números 1, 2, 3, 4, 5 respectivamente de derecha a izquierda con respecto a la dirección de flujo del canal.  =  ∗  1 = 0.095 ∗ 0,185 = 0.018  /  2 = 0.088 ∗ 0,185 = 0.016  /  3 = 0,083 ∗ 0,185 = 0,015  /  4 = 0,088 ∗ 0,185 = 0,016  /  5 = 0,095 ∗ 0,185 = 0,018  / 

6. 2 G R A F I C A

TABLA 2 ECUACION 2 0.600 0.500 0.400 0.300 0.200 0.100 0.000 0.000

0.020

0.040

0.060

0.080

0.100

 

 

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TABLA 3 0.600

ECUACION 3

0.500 0.400 0.300 0.200 0.100 0.000 0.000

0.010

0.020

0.030

0.040

0.050

0.060

0.070

0.080

0.090

0.100

TABLA 4 0.600

ECUACION 4

0.500 0.400 0.300 0.200 0.100 0.000 0.000

0.020

0.040

0.060

0.080

0.100

0.120

 

 

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7. 3 T A B L A D E R E S UL UL T A D OS

CAUDAL 1

Profundidad 0.2 Y 0,4 Y 0,8 Y

1 0.090 0.100 0.090

Velocidad del molinete (m/s) 2 3 4 0.080 0.070 0.080 0.090 0.080 0.090 0.090 0.100 0.090

5 0.090 0.100 0.090

Velocidad media (m/s) en la vertical N° Ecuacion para calcular Vmed Ecuación 2 Ecuación 3 Ecuación 4 Vmed OBSERVACIONE S q= Vmed*y

1

2

3

4

5

0.095 0.090 0.100 0.095

0.088 0.085 0.090 0.088

0.083 0.085 0.080 0.083

0.088 0.085 0.090 0.088

0.095 0.090 0.100 0.095

1 0.018

Gasto elmental (m^2/s) 2 3 4 0.016 0.015 0.016

5 0.018

 

 

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COMPARANDO RESULTADOS POR OTROS METODOS: Por Vertedero 

Hi (m) Hf (m) Caudal (L/S)

Por molinete 

0.80 0.840 10.05

Vmedia (m/s) Area (m*m) Caudal (L/S)

0.089500 0.111 9.9345

POR EL FLOTADOR CAUDAL 1 Tirante: Y= 0.185  base: b= 0.6 Tiempo  N (seg)

m m distancia (m)

12 3 PROM.

33.99 34.45 32.48 33.64

3 3 3

velocidad superf= Velocidad med= Q1= Q1=

0.089 0.076 0.0084 8.41

m/seg m/seg m3/seg L/seg

7.- ANALISIS DE RESULTADOS. 7.1 INTERPRETACION DE LOS RESULTADOS Y GRAFICAS.

Como podemos apreciar los resultados obtenidos por los métodos empleados ya mencionados nos dan unos resultados muy próximos a los teóricos como los obtenidos en la practica

8.- CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES. 8.1.- CONCLUSIONES.

 

 

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El aforar una sección transversal de un canal c anal rectangular nos sirvió de base para hallar las velocidades del flujo a distintas profundidades en toda la sección transversal medida.

 

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Se pudo aprender a hacer uso del molinete hidráulico con que cuenta nuestro laboratorio, midiendo con las velocidades medias de la corriente producida.

 

Se concluye que la mayor velocidad se encuentra en la parte central del canal.

 

Se puede definir que la velocidad en la superficie es mayor que la velocidad en el

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fondo del canal.

8.2.- RECOMENDACIONES.  

Los operadores no deben de estar distraídos al momento de obtener los datos.

 

También dividir las medidas del ancho del canal en partes iguales para que sus

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velocidades tengan las mismas distancias una entre otras en la sección del canal rehbock.  

Leer la guía de laboratorio con atención para saber el procedimiento de la práctica.

 

Tomar atención a la explicación del docente guía antes y después de la ejecución de

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la práctica.

9.- BIBLIOGRAFÍA. BIBLIOGRAFÍA.  

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Marinus G. Boo (1986) AFORADORES DE CAUDAL PARA CANALES ABIERTOS. ©International Institute for Land Reclamation and Improvement ILRI . Publication 38. The Netherlands.   Héctor Ernesto Gálvez Riberin-Wilde Roberto Camacho Salazar. (2006) TEXTO GUIA HIDRAULICAII. Universidad Mayor de San Simón. Bolivia.   Lázaro López Andrés (S/F) MANUAL DE HIDRÁULICA. Universidad de Alicante. España.  M. Sc. Ing. Zenteno Benítez Jaime. (2015) MANUAL DE FÓRMULAS Y TABLAS HIDRÁULICA II. Edición aumentada y corregida. Bolivia.   Dr. Ernesto García Ruiz. (1997) MANUAL DE PRÁCTICAS DEL LABORATORIO DE HIDRÁULICA. Bolivia. 

 

 

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